تكشف الخرائط الجديدة للاحترار القديم عن استجابة قوية لثاني أكسيد الكربون

في دراسة نشرت في PNAS، الأستاذة جيسيكا تيرني من جامعة أريزونا وزملاؤها أنتجوا خرائط كاملة على مستوى العالم للاحترار الناتج عن الكربون الذي حدث في العصر الباليوسيني الأيوسيني الحراري الأقصى (PETM) ، قبل 56 مليون سنة.

على الرغم من وجود بعض أوجه التشابه بين فترة “بيتم” وبين الاحترار الحالي ، فإن العمل الجديد يتضمن بعض النتائج غير المتوقعة – استجابة المناخ لثاني أكسيد الكربون₂ ثم كانت أقوى مرتين من أفضل تقدير حالي من قبل الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC). لكن التغييرات في أنماط هطول الأمطار وتضخيم الاحترار في القطبين كانت متوافقة بشكل ملحوظ مع الاتجاهات الحديثة ، على الرغم من كونها عالمًا مختلفًا تمامًا في ذلك الوقت.

عالم مختلف

نشأ ارتفاع درجة حرارة فترة بيتم عن طريق الإطلاق الجيولوجي السريع لـ كو₂، في المقام الأول من أ تشنج الصهارة في عباءة الأرض في المكان الذي تقع فيه أيسلندا الآن. غزت الصهارة الرواسب الغنية بالنفط في شمال المحيط الأطلسي ، مما أدى إلى غليان ثاني أكسيد الكربون₂ والميثان. لقد تطلب الأمر نسبة عالية من أول أكسيد الكربون دافئة بالفعل₂ المناخ وجعله أكثر سخونة لعشرات الآلاف من السنين ، مما دفع البعض مخلوقات أعماق البحار و بعض النباتات الاستوائية إلى الانقراض. تطورت الثدييات الأصغر، وكان هناك عدد كبير الهجرات عبر القارات التماسيح والمخلوقات الشبيهة بفرس النهر و أشجار النخيل ازدهرت جميعها على بعد 500 ميل فقط من القطب الشمالي ، و أنتاركتيكا كانت خالية من الجليد.

مع ارتفاع درجة حرارة مناخنا ، يتحسن العلماء تبحث بشكل متزايد في المناخات الماضية للحصول على رؤى ، لكنها تعوقها حالات عدم اليقين في درجة الحرارة ، وثاني أكسيد الكربون₂ المستويات ، والتوقيت الدقيق للتغييرات – كان للعمل السابق على PETM درجة حرارة غير مؤكدة في حدود 8 درجات إلى 10 درجات مئوية ، على سبيل المثال. الآن قام فريق Tierney بتضييق نطاق عدم اليقين هذا إلى 2.4 درجة مئوية فقط ، مما يدل على أن PETM قد ارتفعت درجة حرارته بمقدار 5.6 درجة مئوية ، وهو تحسين على التقدير السابق البالغ 5 درجات مئوية تقريبًا.

قال تيرني: “لقد تمكنا حقًا من تضييق هذا التقدير على العمل السابق”.

قام الباحثون أيضًا بحساب ثاني أكسيد الكربون₂ مستويات قبل وأثناء فترة الـ PETM المشتقة من نظائر البورون المقاسة في أصداف العوالق الأحفورية. وجدوا CO₂ كان حوالي 1120 جزء في المليون قبل فترة بيتم ، وارتفع إلى 2020 جزء في المليون في ذروته. للمقارنة ، CO₂ كنت 280 جزء في المليون، ونحن حاليا على وشك 418 جزء في المليون. كان الفريق قادرًا على استخدام درجات الحرارة الجديدة وثاني أكسيد الكربون₂ قيم لحساب مقدار ارتفاع درجة حرارة الكوكب استجابة لمضاعفة ثاني أكسيد الكربون₂ القيم ، أو “حساسية المناخ للتوازن” لـ PETM.

حساس للغاية

أفضل تقدير لـ IPCC لحساسية المناخ في عصرنا هو 3 درجات مئوية ، ولكن هذا يأتي مع قدر كبير من عدم اليقين – يمكن أن يكون أي شيء بين 2 درجة إلى 5 درجات مئوية– بسبب معرفتنا المنقوصة بـ التقيمات في نظام الأرض. إذا تبين أن الحساسية في الطرف الأعلى ، فسنقوم بتسخين المزيد مقابل كمية معينة من الانبعاثات. وجدت دراسة تيرني أن حساسية المناخ في فترة بيتم كانت 6.5 درجة مئوية – أكثر من ضعف أفضل تقدير للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ.

أخبرني تيرني أن العدد الأعلى “ليس مفاجئًا للغاية” ، لأنه بحث سابق أشار إلى استجابة الأرض لثاني أكسيد الكربون₂ يكون أقوى عند مستوى ثاني أكسيد الكربون الأعلى₂ مستويات ماضي الأرض. لن تكون حساسيتنا للمناخ عالية إلى هذا الحد: “لا نتوقع أننا سنواجه حساسية مناخية تبلغ 6.5 درجة مئوية غدًا” ، أوضح تيرني.

ومع ذلك ، فإن ورقتهم تشير إلى أننا إذا واصلنا رفع ثاني أكسيد الكربون₂ مستويات ، فإنه سوف يدفع استجابة درجة الحرارة لذلك CO₂ أعلى. وقال تيرني: “قد نتوقع مستوى معينًا من زيادة حساسية المناخ في المستقبل القريب ، خاصة إذا أطلقنا المزيد من الغازات المسببة للاحتباس الحراري”.

رسم خرائط المناخ عن طريق “استيعاب البيانات”

تظهر الصورة الجديدة الأكثر وضوحًا من الطريقة التي تعامل بها فريق تيرني مع مشكلة الجيولوجيين الدائمة: ليس لدينا بيانات عن كل مكان على هذا الكوكب. تقتصر البيانات الجيولوجية الخاصة بـ PETM على المواقع التي يتم فيها الحفاظ على الرواسب من ذلك الوقت وإمكانية الوصول إليها – عادةً إما عبر حفرة بئر أو نتوء على الأرض. أي استنتاجات حول عالمي يجب رفع مستوى المناخ من نقاط البيانات المتفرقة تلك.

قال تيرني: “إنها في الواقع مشكلة صعبة”. “إذا كنت تريد أن تفهم ما يحدث مكانيًا ، فمن الصعب حقًا القيام بذلك من خلال البيانات الجيولوجية وحدها.” لذلك اقترض تيرني وزملاؤه تقنية من التنبؤ بالطقس. “ما يفعله خبراء الطقس هو أنهم يديرون نموذجًا للطقس ، ومع مرور اليوم ، يأخذون قياسات الرياح ودرجة الحرارة ، ثم يدمجونها في نموذجهم … ثم يقومون بتشغيل النموذج مرة أخرى لتحسين التوقعات ، “قال تيرني.

بدلاً من موازين الحرارة ، استخدم فريقها قياسات درجة الحرارة من بقايا الميكروبات والعوالق المحفوظة في رواسب عمرها 56 مليون عام. بدلاً من نموذج الطقس ، استخدموا نموذجًا مناخيًا له جغرافيا إيوسين ولا توجد طبقات جليدية لمحاكاة المناخ قبل ، وفي ذروة الدفء PETM. أداروا النموذج عدة مرات ، بدرجات متفاوتة من ثاني أكسيد الكربون₂ المستويات والتكوين المداري للأرض بسبب أوجه عدم اليقين في تلك. ثم استخدموا بيانات الميكروب والعوالق لاختيار المحاكاة التي تناسب البيانات بشكل أفضل.

“الفكرة حقًا هي الاستفادة من حقيقة أن محاكاة النماذج مكتملة مكانيًا. لكنهم عارضات أزياء ، لذلك لا نعرف ما إذا كانوا على حق. وأوضح تيرني أن البيانات تعرف ما حدث ، لكنها ليست مكتملة من الناحية المكانية. “لذلك ، من خلال مزجها ، نحصل على أفضل ما في العالمين.”

لمعرفة مدى تطابق منتجهم الممزوج مع الواقع ، قاموا بفحصه مقابل البيانات المستقلة المشتقة من حبوب اللقاح والأوراق ، ومن الأماكن غير المدرجة في عملية المزج. قال تيرني: “لقد تطابقوا في الواقع ، بشكل جيد حقًا ، وهو أمر مريح إلى حد ما”.

“إن حداثة هذه الدراسة هي استخدام نموذج مناخي للعمل بدقة على أفضل حالة مناخية تناسب البيانات قبل وأثناء فترة بيتم ، وإعطاء أنماط تغير المناخ في جميع أنحاء العالم وتقدير أفضل لمتوسط ​​تغير درجة الحرارة العالمية ،” قال الدكتور توم دانكلي جونز من جامعة برمنغهام ، الذي لم يكن جزءًا من الدراسة.